石蜡是一种广泛应用于工业和家庭的材料，因其独特的物理化学特性而受到青睐。了解石蜡的性质有助于深入认识它在不同领域中的应用和重要性。
简介：什么是石蜡？
石蜡或链烷烃是直链或支链饱和有机化合物，其组成为 CnH2n+2 。术语石蜡用于指各种烃基的混合物，尤其是链烷烃和环烷烃，它们在室温下是固体。石蜡在自然界中大量存在，但也可通过人工合成产生，并作为加工某些天然物质的副产品形成。石蜡在室温下是固体，可从具有不同平均沸点的润滑油馏分、烃原油真空蒸馏产生的蒸馏残渣以及在储存和运输此类原油期间分离出的所谓的油罐蜡和管道蜡中获得。原油及其产品含有大量单独的石蜡。即使是沸点较低的石油馏分，根据原油来源的不同，除了烷烃外，还含有不同量的其他烃，即环烷烃和芳香族化合物。
1. 石蜡结构分析
石蜡是直链（正）烃的固体结晶混合物，其分子链长度从 C 20到 C 30甚至更高，即 CH3(CH2) nCH3，其中n ≥ 18。石蜡分子式由通式 CnH2n+2 表示，其中 n 是一个大数，通常在 20 到 40 之间。石蜡由不同链长的烷烃（直链碳氢化合物）构成的混合物。这些烷烃的结构特点是碳链中碳原子通过单一的共价 C-C 键相连。这种直链而无支链的结构赋予石蜡特有的刚性。
石蜡主要分为两类，即大结晶石蜡和微结晶石蜡。大结晶石蜡是由饱和正构 C18 –C30烃和少量异烷烃和环烷烃组成的混合物。成分的分子量在 250 到 400 之间，熔点在 40–60 ℃ 之间。晶体呈片状或针状。微结晶石蜡除了含有正构烃外，还含有大量具有长烷基侧链的异烷烃和环烷烃。异烷烃形成微晶，这些蜡的主要成分是 C40 –C55化合物。具有大结晶结构的石蜡可根据其熔点或精炼程度进行分类。
2. 石蜡的主要特性
（1）主要属性
石蜡大多为白色、无臭、无味、蜡状固体，典型熔点约为 46 至 68℃（115 至 154 °F），密度约为 900 kg/m3。它的特点是常温下（25℃，77°F）呈固态，熔化时粘度低（99℃，210°F 时粘度为 35–45 SUS）。不溶于水，但溶于乙醚、苯和某些酯。石蜡不受大多数常见化学试剂的影响，但容易燃烧。其燃烧热为 42 MJ/kg。
石蜡是一种极好的储热材料，比热容为 2.14-2.9 J?g-1?K-1（焦耳/克/开尔文），熔化热为 200-220 J?g-1。石蜡相变冷却与可伸缩散热器相结合，在 1970 年代初期的载人登月任务中用于冷却月球漫游车的电子设备。蜡在熔化时会显着膨胀，因此用于工业、家用，尤其是汽车用途的蜡元素恒温器。
（2）石蜡的热容量
石蜡可以成为良好的相变材料，因为它们具有熔化潜热高、过冷可忽略不计、熔体中蒸汽压低、化学惰性和稳定性等理想特性。熔化温度在 30 ℃至 90 ℃之间的石蜡链中碳原子数范围为 18 至 50（C18–C50）。潜热石蜡的比热容约为 2.1 kJ/kg ℃。它们的熔化焓在 180 到 230 J/g 之间，对于有机材料来说这个值相当高。这两个值的组合产生了优异的能量存储密度。
（3）石蜡熔点
石蜡熔点范围约为 48至 66℃（120°至 150° F）。石蜡链的长度各不相同，这决定了石蜡的熔化温度，从而导致相变。通过改变压力和温度条件可以促进相变。作为相变聚合物，石蜡的机械性能与热性能有关。如前所述，不同链长的石蜡具有一系列熔化温度（如下图），并且会发生固液相变，不同石蜡的相间体积膨胀幅度相当大，为 5-40%（Carlen，2001 年）。
3. 石蜡是天然的吗？
石蜡在自然界中大量存在，但也可通过人工合成产生，并作为加工某些天然物质的副产品形成。石蜡由什么制成？石蜡于 1867 年首次商业化生产，通过冷却石油产生石蜡沉淀。如今，石蜡是通过对轻质润滑油原料进行脱蜡从石油中获得的。
（1）早在1867年，也就是人类首次成功钻探石油井后不久，石蜡便实现了商业化生产。由于石蜡在冷却过程中易于从石油中析出，早期的技术革新主要集中在提高石蜡的分离和纯化效率上。传统的石蜡纯化工艺涉及一系列复杂的操作，包括化学处理、吸附脱色以及蒸馏和重结晶等物理方法。不同原油中石蜡的含量差异显著，这给石蜡的生产工艺带来了多样性。
（2）合成石蜡是煤气通过费托合成反应转化为烃的副产品之一。由于它们以直链或支链形式存在的饱和烷烃混合物的形式存在，无需进一步聚合。二战后，合成石蜡作为费托反应的产物之一进入商业市场，这种反应将煤气转化为碳氢化合物。与天然石蜡相比，合成石蜡具有更高的纯度和更优异的性能，如更高的白度和硬度。这些特性使其在众多领域具有广阔的应用前景，不仅可以替代部分植物蜡，还可用于改性石油蜡和某些塑料，如聚乙烯。合成石蜡的出现，进一步丰富了石蜡产品种类，满足了不同工业领域的特殊需求。
4. 石蜡是离子还是共价？
石蜡由大分子的氢和碳组成。由于氢和碳的电负性差异较小，石蜡表现为一种非极性的共价化合物。其主要成分是烷烃，这些烷烃通过色散力相互作用，形成非极性分子。随着碳链长度的增加，这些色散力会增强，从而使石蜡的熔点和沸点逐渐升高。
参考：
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Paraffin_wax
[2]https://www.britannica.com/science/paraffin-wax
[3]https://www.sciencedirect.com/topics/chemical-engineering/paraffin-wax
[4]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836813000139
[5]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128035818005221
1
